El documento describe dos experimentos realizados con calentadores de agua: 1) Cálculo del rendimiento de un calentador de gas natural midiendo el consumo de gas y la cantidad de agua calentada. El rendimiento fue de 73%. 2) Análisis del funcionamiento del intercambiador de calor de aluminio y sugerencias para mejorar el diseño incluyendo un segundo intercambiador o aprovechamiento del calor de los gases de escape.

1. 1. Sistema eléctrico
2. Montaje y experimentación en instalaciones de transformación
de energías tradicionales
3. Montaje y experimentación en instalaciones de transformación
de energías alternativas
4. Coste energético en la vivienda y en un centro docente
Unidad 4. La energía en nuestro entorno
fjkdjkidjfiejiejifjiLae
nergejfiejfiefjeifjiejfi
ejfiejffjfjfjfjfeijfie

2. 2
Generación, transporte y distribución de la electricidad.
1 Sistema eléctrico

3. 3
Generación, transporte y distribución de la electricidad.
1 Sistema eléctrico

4. 4
 Determinación del rendimiento
de la instalación
 Análisis del funcionamiento
Funcionamiento de un calentador.
2 Montaje y experimentación en instalaciones de
transformación tradicionales
Ciencia, tecnología y técnica.
75TROENTORNO
4
ción
delización de
nstar de tres
umen de gas
a a una cierta
que se sumi- Fig. 4.2. Funcionamiento
de un calentador.
temperatura.
1. Anotamos la lectura del contador de gas natural actual, la presión a la que se sumi-
nistra (1,4 kg/cm2
) y la temperatura exterior.
2. Se pone el calentador en marcha y se calientan unos 500 litros de agua (esta can-
tidad se puede controlar a través del contador de agua).
3. Con un termómetro se averigua la temperatura del agua fría y la del agua caliente.
A partir de estos datos, y despreciando la energía calorífica perdida a través de la tube-
ría desde el calentador hasta la bañera, se puede calcular el rendimiento.
Para nuestro caso, tenemos que:
a) Consumo de gas = 1,303 m3
; b) litros de agua calentados = 500 L = 500 kg; c) tem-
peratura exterior = 24°C; d) temperatura del agua fría = 14°C; e) temperatura del
agua calentada = 35°C.
Entonces:
Pc (real)
= Pc
· p · [273/(273 + T)] = 8540 · 1,4 · [273/(273 + 24)] = 10 989,86 kcal/m3
Esuministrada = Pc (real) · V = 10989,86 · 1,303 = 14 319,79 kcal
Eútil = m · Ce · (Tf – Ti ) = 500 · 1 · (35 – 14) = 10 500 kcal
= Eu
/Es
= 10500/14319,79 = 0,73325 ≈ 0,73 = 73 %
B. Análisis del funcionamiento
Desmontando la tapa del calentador, se puede ver su funciona-
miento (Fig. 4.3). Lo que realmente interesa analizar es la parte
correspondiente al intercambiador de calor. Es decir, ¿cómo
se transmite el calor de la combustión del gas natural al
agua que pasa por el interior de los tubos en zigzag?
Se observa que las aletas del intercambiador de calor
son de aluminio. El aluminio tiene un coeficiente de
conducción de 197 kcal/m2
h°C, casi la mitad que el
cobre (378 kcal/m2
h°C). Esto hace que la conducción
de calor en la unidad de tiempo sea menor, con lo que se
Fig. 4.2. Funcionamiento
de un calentador.
natural consumido, en m3
) para calentar una cantidad determinada de agua a una cierta
temperatura.
1. Anotamos la lectura del contador de gas natural actual, la presión a la que se sumi-
nistra (1,4 kg/cm2
) y la temperatura exterior.
2. Se pone el calentador en marcha y se calientan unos 500 litros de agua (esta can-
tidad se puede controlar a través del contador de agua).
3. Con un termómetro se averigua la temperatura del agua fría y la del agua caliente.
A partir de estos datos, y despreciando la energía calorífica perdida a través de la tube-
ría desde el calentador hasta la bañera, se puede calcular el rendimiento.
Para nuestro caso, tenemos que:
a) Consumo de gas = 1,303 m3
; b) litros de agua calentados = 500 L = 500 kg; c) tem-
peratura exterior = 24°C; d) temperatura del agua fría = 14°C; e) temperatura del
agua calentada = 35 °C.
Entonces:
Pc (real) = Pc · p · [273/(273 + T)] = 8540 · 1,4 · [273/(273 + 24)] = 10 989,86 kcal/m3
Esuministrada
= Pc (real)
· V = 10989,86 · 1,303 = 14 319,79 kcal
Eútil = m · Ce · (Tf – Ti ) = 500 · 1 · (35 – 14) = 10 500 kcal
= Eu
/Es
= 10500/14 319,79 = 0,73325 ≈ 0,73 = 73 %
B. Análisis del funcionamiento
Desmontando la tapa del calentador, se puede ver su funciona-
miento (Fig. 4.3). Lo que realmente interesa analizar es la parte
correspondiente al intercambiador de calor. Es decir, ¿cómo
se transmite el calor de la combustión del gas natural al
agua que pasa por el interior de los tubos en zigzag?
Se observa que las aletas del intercambiador de calor
son de aluminio. El aluminio tiene un coeficiente de
conducción de 197 kcal/m2
h°C, casi la mitad que el
cobre (378 kcal/m2
h°C). Esto hace que la conducción
de calor en la unidad de tiempo sea menor, con lo que se
pierde energía.
Se coloca aluminio porque resiste mejor la oxidación que el co-
bre a temperaturas superiores a 120°C. No hay que olvidar que las
aletas están, justamente, encima de los quemadores.
Fig. 4.2. Funcionamiento
de un calentador.
Fig. 4.3. Interior de un calentador.
Detalles del intercambiador
y del quemador.
pasos:
A. Determinación del rendimiento de la instalación
Para averiguar el rendimiento, controlaremos el consumo de energía (volumen de gas
natural consumido, en m3
) para calentar una cantidad determinada de agua a una cierta
temperatura.
1. Anotamos la lectura del contador de gas natural actual, la presión a la que se sumi-
nistra (1,4 kg/cm2
) y la temperatura exterior.
2. Se pone el calentador en marcha y se calientan unos 500 litros de agua (esta can-
tidad se puede controlar a través del contador de agua).
3. Con un termómetro se averigua la temperatura del agua fría y la del agua caliente.
A partir de estos datos, y despreciando la energía calorífica perdida a través de la tube-
ría desde el calentador hasta la bañera, se puede calcular el rendimiento.
Para nuestro caso, tenemos que:
a) Consumo de gas = 1,303 m3
; b) litros de agua calentados = 500 L = 500 kg; c) tem-
peratura exterior = 24°C; d) temperatura del agua fría = 14°C; e) temperatura del
agua calentada = 35°C.
Entonces:
Pc (real) = Pc · p · [273/(273 + T)] = 8540 · 1,4 · [273/(273 + 24)] = 10 989,86 kcal/m3
Esuministrada = Pc (real) · V = 10989,86 · 1,303 = 14 319,79 kcal
Eútil
= m · Ce
· (Tf
– Ti
) = 500 · 1 · (35 – 14) = 10 500 kcal
= Eu /Es = 10500/14 319,79 = 0,73325 ≈ 0,73 = 73 %
B. Análisis del funcionamiento
Desmontando la tapa del calentador, se puede ver su funciona-
miento (Fig. 4.3). Lo que realmente interesa analizar es la parte
correspondiente al intercambiador de calor. Es decir, ¿cómo
se transmite el calor de la combustión del gas natural al
agua que pasa por el interior de los tubos en zigzag?
Se observa que las aletas del intercambiador de calor
son de aluminio. El aluminio tiene un coeficiente de
conducción de 197 kcal/m2
h°C, casi la mitad que el
cobre (378 kcal/m2
h°C). Esto hace que la conducción
de calor en la unidad de tiempo sea menor, con lo que se
pierde energía.
Se coloca aluminio porque resiste mejor la oxidación que el co-
bre a temperaturas superiores a 120°C. No hay que olvidar que las
aletas están, justamente, encima de los quemadores.
Fig. 4.2. Funcionamiento
de un calentador.
Fig. 4.3. Interior de un calentador.
Detalles del intercambiador
y del quemador.
Interior de un calentador. Detalles del intercambiador y
del quemador.

5. 5
 Modelización de la instalación
2 Montaje y experimentación en instalaciones de
transformación tradicionales
miento del 100%, el aire que sale por la chimenea debería estar a temperatura ambien-
te, con lo que todo el calor producido sería absorbido por el agua. Esto nunca es así.
¿Qué podríamos hacer para mejorar el rendimiento? Desde el punto de vista comercial,
la incorporación de nuevos elementos acarrea serios problemas; entre ellos, un mayor
volumen y el encarecimiento de los equipos.
Desde el punto de vista de la modelización de la instalación, se pueden sugerir bastan-
tes soluciones. A continuación (Figs. 4.4 y 4.5) se muestran dos, pero estamos seguros
de que se te pueden ocurrir otras muchas, incluso más sencillas y eficientes.
Agua fría
Agua
templada
Aislante
térmico
Gases
de combustión
(calientes) Agua
templada
Agua caliente
Colocación de otro
intercambiador
de calor fuera
del calentador que
aproveche parte
de la energía calorífica
que llevan los gases de
la combustión.
Aprovechamiento
del calor de los gases
de combustión para calentar
una zona determinada
de la casa. En verano esta
energía se perdería, pero
afortunadamente, en verano
se usa poco agua caliente.
Fig. 4.4. Modelo de instalación 1.
A la salida de la chimenea se ha colocado un tubo, dentro de
Fig. 4.5. Modelo de instalación 2.
A la salida de la chimenea se ha colocado un recipiente con agua,
Colocación de otro
intercambiador de
calor fuera
del calentador que
aproveche parte de
la energía calorífica
que llevan los gases
de combustión.
A la salida de la chimenea
se ha colocado un tubo, dentro
de otro tubo, con la forma
de la figura. Exteriormente va
recubierto con un aislante
térmico (fibra de vidrio). Por
el interior salen los gases.
Entre los dos tubos hay agua,
que hace un recorrido
en sentido inverso a los gases.
Cuanto más se aproxima hacia
el calentador, más caliente
está el agua.
Modelo de instalación 1.

6. 6
 Modelización de la instalación
2 Montaje y experimentación en instalaciones de
transformación tradicionales
el aire que sale por la chimenea debería estar a temperatura ambien-
o el calor producido sería absorbido por el agua. Esto nunca es así.
acer para mejorar el rendimiento? Desde el punto de vista comercial,
de nuevos elementos acarrea serios problemas; entre ellos, un mayor
recimiento de los equipos.
vista de la modelización de la instalación, se pueden sugerir bastan-
continuación (Figs. 4.4 y 4.5) se muestran dos, pero estamos seguros
en ocurrir otras muchas, incluso más sencillas y eficientes.
Agua
templada
otro
r
que
te
calorífica
gases de
.
Aprovechamiento
del calor de los gases
de combustión para calentar
una zona determinada
de la casa. En verano esta
energía se perdería, pero
afortunadamente, en verano
se usa poco agua caliente.
dentro de
Fig. 4.5. Modelo de instalación 2.
A la salida de la chimenea se ha colocado un recipiente con agua,
Aprovechamiento del
calor de los gases de
combustión para calentar
una zona determinada de
la casa. En verano esta
energía se perdería, pero
afortunadamente, en
verano se usa poca agua
caliente.
A la salida de la chimenea se
ha colocado un recipiente con
agua, que se conecta a un
radiador.
A los gases, cuando van a
atravesar el recipiente, se les
hace pasar por varios tubos de
menor diámetro, para que
cedan su calor al agua que los
rodea.
Modelo de instalación 2.

7. 7
 Necesidades energéticas mínimas
en una vivienda
Compatibilidad idónea de funcionamiento de algunos receptores de la vivienda.
3 Montaje y experimentación en instalaciones de
transformación de energías alternativas

8. 8
 Diseño de la instalación de la vivienda
Esquema de instalación de energías alternativas.
3 Montaje y experimentación en instalaciones de
transformación de energías alternativas

9. 9
 Diseño de una instalación de apoyo
a la industria
Sistema directo (efecto termosifón).
3 Montaje y experimentación en instalaciones de
transformación de energías alternativas
Parte del agua fría que entra en el
depósito es absorbida hacia el colector
o captador. Ello se debe a que el agua
en el colector, al calentarse, se va
hacia arriba, saliendo por la parte
superior y absorbiendo agua fría.
Puede llevar o no electrobomba. El
vaso de expansión evita que un
aumento de la presión pueda causar
averías en la instalación, debido al
aumento de temperatura. Este sistema
tiene el inconveniente de que la cal se
irá depositando en el colector.

10. 10
 Diseño de una instalación de apoyo
a la industria
Sistema indirecto (con bombeo).
3 Montaje y experimentación en instalaciones de
transformación de energías alternativas
Dispone de un intercambiador de
calor, de manera que el líquido que
pasa por el captador o colector cede
todo su calor en el acumulador. En
ambos casos, si el acumulador está
frío porque no hay sol, el termostato
pondrá en marcha la resistencia
eléctrica y calentará el agua.
Simultáneamente, se puede
bloquear el paso del agua hacia
el colector para evitar que actúe
de radiador

11. 11
 Selección de la energía adecuada
según el lugar
3 Montaje y experimentación en instalaciones de
transformación de energías alternativas
Energía solar en España. Arriba, kWh/m2
al
año y, abajo, horas de sol al año.
Energía eólica en España. Velocidad media anual.

12. 12
 Fuentes de energía en la vivienda
y en el centro docente
Precios de los distintos tipos de energía empleados en la vivienda.
4 Coste energético en la vivienda y en un centro docente
Ciencia, tecnología y técnica.

13. 13
 Deducción de los precios de cada una de las
energías
 Precio del kWh de electricidad consumida.
 Precio del kWh de propano consumido.
 Precio del kWh de butano consumido.
 Precio del kWh de gas natural consumido.
 Precio del kWh de gasóleo C (calefacción) consumido.
 Conclusión general
4 Coste energético en la vivienda y en un centro docente

14. 14
 Alternativas de ahorro
Principales medidas de ahorro energético aplicables a un aula.
4 Coste energético en la vivienda y en un centro docente
Calefacción Alumbrado
Con objeto de que el aula sea lo más
confortable posible, manteniendo una
temperatura agradable y gastando la
mínima energía, se debería:
1. Aislar térmicamente las paredes.
2. Poner doble acristalamiento o doble
ventana.
3. Tener una llave para cada radiador que
permita abrir o cerrar el
paso del agua cuando interese aumentar o
disminuir la temperatura, respectivamente.
4. Cerrar las puertas que den a la calle. 5.
Abrir las ventanas durante unos diez
minutos, para que se ventile, cuando no
haya calefacción.
Como has podido ver, la electricidad no es
una de las energías más baratas. Por ello, se
deberá intentar que las luces estén
encendidas cuando sean absolutamente
necesarias. Algunas normas de uso pueden
ser:
1. Apagar luces y subir persianas. Si molesta
el sol o hay reflejos en la pizarra, se debe
estudiar la posibilidad de colocar cortinas,
estores o parasoles. Estas soluciones salen
más baratas a medio plazo y no contribuimos
al deterioro del medio ambiente.
2. No dejar nunca máquinas funcionando ni
luces encendidas si no se está en el aula.